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在血液或體液內除Ig分子外,還發現另一族參予免疫效應的大分子,稱為補體分子。發現在新鮮免疫血清內加入相應細菌,無論進行體內或體外實驗,均證明可以將細菌溶解,將這種現象稱之為免疫溶菌現象。如將免疫血清加熱60°C30分鐘則可喪失溶菌能力。進一步證明免疫血清中含有二種物質與溶菌現象有關,即對熱穩定的組分稱為殺菌素,即抗體(complement,C)。其後又證實了抗各種動物紅細胞的抗體加入補體成分亦可引起紅細胞的溶解現象。自此建立了早期的補體概念。即補體為正常血清中的單一組分,它可被抗原與抗體形成的複合物所活化,產生溶菌和溶細胞現象。而單獨的抗體或補體均不能引起細胞溶解現象。

1 補體系統 -組分

由於蛋白質化學和免疫化學技術的進步,自血液中分離、純化補體成分成功,
補體系統補體系統的激活
已證明補體是單一成分的論點是不正確的,它是由三組球蛋白大分子組成。即第一組分是由9種補體成分組成,分別命名為C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9。其中C1是由三個亞單位組成,命名為Clq、Clr、Cls,因此第一組分是由11種球蛋白大分子組成。發現一些新的血清因子參予補體活化,但它們不是經過抗原抗體複合物的活化途徑。而是通過旁路活化途徑。這此些因子包括B因子、D因P因子,它們構成補體的第二組分。其後又發現多種參矛控制補體活化的抑制因子或滅活因子,如CI抑制物、I因子、H因子、C4結合蛋白、過敏毒素滅活因子等。這些因子可控制補體分子的活化,對維持補體在體內的平衡起調節作用,它們構成了補體的第三組分。

由於補體活化另一途徑的深入研究,對補體系統的生物學意義有了新的識別,從而打破了對補體的傳統觀點,建立了新的概念。即補體系統是由將近20多種血清蛋白組成的多分子系統,具有酶的活性和自我調節作用。它至少有二種不同的活化途徑,其生物學意義不僅是抗體分子的輔助或增強因子,也具有獨立的生物學作用,對機體的防禦功能、免疫系統功能的調節以及免疫病理過程都發揮重要作用。

1968年世界衛生組織(WHO)的補體命名委員會對補體進行了統一命名。分別以C1-C9命名,1981年對新發現的一些成分和因子也進行了統一命名。每一補體的肽鏈結構用希臘字母表示,如C3a和β鏈等。每一分子的酶解斷片可用小寫英文字母表示如C3a和C3b等酶解斷片,具有酶活性分子可在其上畫橫線表示之,如C1為無酶活性分子,而C1為有酶活性分子。對具有酶活性的複合物則應用其斷片表示,如C3轉化酶可用C4B,2a表示。

補體分子是分別由肝細胞、巨噬細胞以及腸粘膜上皮細胞等多種細胞產生的。其理化性質及其在血清中的含量差異甚大。全部補體分子的化學組成均為多糖蛋白,各補體成分的分子量變動範圍很大,其中C4結合蛋白的分子量最大,為55萬,D因子分子量最小僅為2.3萬。大多數補體成分的電泳遷移率屬β球蛋白,少數屬a球蛋白及γ球蛋白。血清中補體蛋白約佔總球蛋白的10%,其中含量最高的為C3,約含1mg/ml,而D因子僅含1μg/ml,二者相差約千倍。人類某些疾病其總補含量或單一成分含量可發生變化,因而對體液中補體水平的測定,或組織內補體定位觀察,對一些疾病的診斷具有一定意義。

2 補體系統 -激活

補體系統各成分通常多以非活性狀態存在於血漿之中,當其被激活物質活化之後,
補體系統補體系統的激活
才表現出各種生物學活性。補體系統的激活可以從C1開始;也可以越過C1、C2、C4,從C3開始。前一種激活途徑稱為經典途徑(classical pathway)或替代途徑。「經典」,「傳統」只是意味著,人們早年從抗原體複合物激活補體的過程來研究補體激活的機制時,發現補體系統是從C1開始激活的連鎖反應。從種系發生角度而言,旁路途徑是更為古老的、原始的激活途徑。從同一個體而言,在尚未形成獲得性免疫,即未產生抗體之前,經旁路途徑激活補體,即可直接作用於入侵的微生物等異物,作為非特異性免疫而發揮效應。由於對旁路途徑的認識,遠遠晚在經典之後,加上人們先入為主觀念,造成了命名的不合理。

一、經典激活途徑
參與補體經典激活途徑的成分包括C1-C9。按其在激活過程中的作用,人為地分成三組,即識別單位(Clq、Clr、Cls)、活化單位(C4、C2、C3)和膜攻擊單位(C5-C9),分別在激活的不同階段即識別階段、活化階段和膜功擊階段中發揮作用。

(一)識別階段
Clq:Clq分子有6個能與免疫球蛋白分子上的補體結合點相結合的部位。當兩個以上的結合部位與免疫球蛋白分子結合時,即Clq橋聯免疫球蛋白之後,才能激活後續的補體各成分IgG為單體,只有當其與抗原結合時,才能使兩個以上的IgG分子相互靠攏,提供兩個以上相鄰的補體結合點不能與Clq接觸,只有當IgM與抗原結合,發生構型改變,暴露出補體結合部位之後,才能與Clq結合。一個分子的IgM激活補體的能力大於IgG。Clq與補體結合點橋聯后,其構型發生改變,導致Clr和Cls的相繼活化。

Clr:Clr在C1大分子中起著連接Clq和Cls的作用。Clq啟動后可引起Clr構型的改變,在活性的Clr,後者可使Cls活化。

Cls:Clr使Cls的肽鏈裂解,其中一個片段Cls具有酯酶活化,即CI的活性。此酶活性可被C1INH滅活。

在經典途徑中,一旦形成Cls,即完成識別階段,並進入活化階段。

(二)活化階段

CI作用於後續的補體成分,至形成C3轉化酶(C42)和C5轉化酶(C423)的階段。

C4:C4是CI的底物。在Mg2 存在下,CI使C4裂解為C4a和C4b兩個片段,並使被結合的C4b迅速失去結合能力。CI與C4反應之後能更好地顯露出CI作用於C2的酶活性部位。

C2:C2雖然也是CI的底物,但CI先在C4作用之後明顯增強了與C2的相互作用。C2在Mg2 存在下被CI裂解為兩個片段C2a和C2b。當C4b與C2a結合成C4b2b(簡寫成C42)即為經典途徑的C3轉化酶。

C3:C3被C3轉化酶裂解在C3a和C3b兩個片段,分子內部的疏酯基(-S-CO-)外露,成為不穩定的結合部位。硫酯基經加水分解,成為-SH和-COOH也可與細菌或細胞表面的-NH2和-OH反應而共價結合。因此,C3b通過不穩定的結合部位,結合到抗原抗體複合物上或結合到C42激活C3所在部位附近的微生物、高分子物質及細胞膜上。這點,對於介導調理作用和免疫粘附作用具有重要意義。C3b的另一端是個穩定的結合部位。C3b通過此部位與具有C3b受體的細胞相結合。C3b可被I因子滅活。C3a留在液相中,具有過敏毒素活性,可被羥肽酶B滅活。

(三)膜攻擊階段

C5轉化酶裂解C5后,繼而作用於後續的其他補體成分,最終導致細胞受損、細胞裂解的階段。

C5:C5轉化酶裂解C5產生出C5a和C5b兩個片段。C5a遊離於液相中,具有過敏毒素活性和趨化活性。C5b可吸附於鄰近的細胞表面,但其活性極不穩定,易於衰變成C5bi。

C6-C9:C5b雖不穩定,當其與C6結合成C56複合物則較為穩定,但此C5b6並無活性。C5b6與C7結合成三分子的複合物C5b67時,較穩定,不易從細胞膜上解離。

C5b67即可吸附於已致敏的細胞膜上,也可吸附在鄰近的,未經致敏的細胞膜上(即未結合有抗體的細胞膜上)。C5b67是使細胞膜受損傷的一個關鍵組分。它與細胞膜結合后,即插入膜的磷脂雙層結構中。

若C5b67未與適當的細胞膜結合,則其中的C5b仍可衰變,失去與細胞膜結合和裂解細胞的活性。

C5b67雖無酶活性,但其分子排列方式有利於吸附C8形成C5678。其中C8是C9的結合部位,因此繼續形成C5-9,即補體的膜攻擊單位,可使細胞膜穿孔受損。

-不C5b、C6、C7結合到細胞膜下是細胞膜仍完整無損;只有在吸附C8之後才出現輕微的損傷,細胞內容物開始滲漏。在結合C9以後才加速細胞膜的損傷過程,因而認為C9是C8的促進因子。

二、旁路激活途徑
旁路激活途徑與經典激活途徑不同之處在於激活是越過了C1、C4、C2三種成分,直接激活C3繼而完成C5至C9各成分的連鎖反應,還在於激活物質並非抗原抗體複合物而是細菌的細胞壁成分—脂多糖,以及多糖、肽聚糖、磷壁酸和凝聚的IgA和IgG4等物質。旁路激活途徑在細菌性感染早期,尚未產生特異性抗體時,即可發揮重要的抗感染作用。

(一)生理情況下的準備階段

在正常生理情況下,C3與B因子、D因子等相互作用,可產生極少量的C3B和C3bBb(旁路途徑的C3轉化酶),但迅速受H因子和I因子的作用,不再能激活C3和後續的補體成分。只有當H因子和I因子的作用被阻擋之際,旁路途徑方得以激活。

C3:血漿中的C3可自然地、緩慢地裂解,持續產生少量的C3b,釋入液相中的C3b迅速被I因子滅活。

B因子:液相中緩慢產生的C3b在Mg2 存在下,可與B因子結合形成C3Bb。

D因子:體液中同時存在著無活性的D因子和有活性的D因子(B因子轉化酶)。D因子作用於C3bB,可使此複合物中的B因子裂解,形成C3bBb和Ba遊離於液相中。C3bBb可使C3裂解為C3a和C3b,但烊際上此酶效率不高亦不穩定,H因子可置換C3bBb複合物中的Bb,使C3b與Bb解離,解離或遊離的C3b立即被I因子滅活。因此,在無激活物質存在的生理情況下,C3bBb保持在極低的水平,不能大量裂解C3,也不能激活後續補體成分。但是這種C3的低速度裂解和低濃度C3bBb的形成,具有重大意義。可比喻為處於「箭在弦上,一觸即發」的狀態。

(二)旁路途徑的激活

旁路途徑的激活在於激活物質(例如細菌脂多糖、肽聚糖;病素感染細胞、腫瘤細胞,痢疾阿米巴原蟲等)的出現。激活物質的存在為C3b或C3bBb提供不易受H因子置換Bb,不受Ⅰ因子滅活C3b的一種保護性微環境,使旁路激活途徑從和緩進行的準備階段過渡到正式激活的階段。

(三)激活效應的擴大

C3在兩條激活途徑中都佔據著重要的地位。C4是血清中含量最多的補體成分,這也正是適應其作用之所需。不論在經典途徑還是在旁路途徑,當C3被激活物質激活時,其裂解產物C3b又可在B因子和D因子的參與作用下合成新的C3bBb。後者又進一步使C3裂解。由於血漿中有豐富的C3,又有足夠的B因子和Mg2 ,因此這一過程一旦被觸發。就可能激活的產生顯著的擴大效應。有人稱此為依賴C3Bb的正反饋途徑,或稱C3b的正反饋途徑。

三、兩條激活途徑的比較
補體的兩條激活途徑有共同之處,又有各自的特點。在補體激活過程中,兩條途徑都是補體各成分的連鎖反應,許多成分在相繼活化后被裂解成一大一小兩個片段;不同的片段或片段的複合物可在靶細胞表面向前移動,如C42,C423,C5b,C567,雖亦可原始的激活部位就地形成複合物,但仍以移動為主,在激活過程中,補體成分和(或)其裂解產物組成更大的複合物,同時又都在擴大其激活效應,這一過程可形象地比喻為「滾雪球」。

四、補體激活過程的調節
機體通過一系列的複雜的因素,調節補體系統的激活過程,使之反應適度。例如經C3b的正反饋途徑即可擴大補體的生物學效應。但補體系統若過度激活,不僅無益地消耗大量補體成分,使機體抗感染能力下降;而且在激活過程中產生的大量行物活性物質,會使機體發生劇烈的炎症反應或造成組織損傷,引起病理過程。這種過度激活及其所造成的不良後果,可通過調控機制而避免。這種調控機制包括補體系統中某些成分的裂解產物易於自行衰變以及多種滅活因子和抑制物的調節作用。

(一)自行衰變調節

某些補體成分的裂解產物極不穩定,易於自行衰變,成為補體激活過程中的一種自控機制。例如C42複合物中的C2b自行衰變即可使C42不再能持續激活C3,從而限制了後續補體成分的連鎖反應。C5b亦易於自行衰變,影響到C6-C9與細胞膜的結合。

(二)體液中滅物質的調節

血清中含有多種補體成分的抑制或滅活特定的補體成分。

CI抑制物:CI抑制物(Ci inhibitor,CIINH)可與CI不可逆地結合,使後者失去酯酶活性,不再裂解C4和C2,即不再形成C42(C3轉化酶),從而阻斷或削弱後續補體成分的反應。遺傳性CIINH缺陷的患者,可發生多以面部為中心的皮下血管性水腫,並常以消化道或呼吸道粘膜的局限性血管性水腫為特徵。其發生機制是CI未被抑制,與C4、C2作用后產生的C2a(舊稱C2b的小片段)為補體激肽,或增強血管通透性,因而發生血管性腫。

CIINH缺陷時,C4、C2接連不斷地被活化,故體內C4、C2水平下降;因其不能在固相上形成有效的C42(C3轉化酶),所以C3及其後續成分不被活化。因此本病不像C3-C8缺陷那樣容易發生感染。

大部分CIINH缺陷病人與遺傳有關,另有約15%的病人無遺傳史,其CIINH雖有抗原性但無活性(部分可產生正常CIINH,並非完全缺陷)。前者稱為I型血管性水腫,後者稱為Ⅱ型血管性水腫(Alsenz等,1987)。

血管性水腫可用提純的CIINH治療,據稱有效,亦可給以男性激素製劑以促進肝合成CIINH,預防水腫的發生。

C4結合蛋白:C4結合蛋白(C4 binding protein, C4bp)能競爭性地抑制C4b與C2b結合,因此能抑制C42(C3轉化酶)的形成。

I因子:I因子又稱C3b滅活因子(C3b inactivator, C3b INA)能裂解C3b,使其成為無活性的C3bi,因而使C42及C3bBb失去與C3b結合形成C5轉化酶的機會。

當遺傳性I因子缺陷時,C3b不被滅活而在血中持續存在,可對旁路途徑呈正反饋作用,陸續使C3裂解併產生出更多的C3b。因此血中C3及B因子的含量因消耗而降低。當發生細菌性感染時,因補體系統主要成分C3和B因子嚴重缺乏,削弱了抗感染作用,可因條件致病菌惹發嚴重的甚至致命性後果。

H因子:H因子雖能滅活C3b,但不能使C3bBb中的C3b滅活。H因子(factor H)不僅能促進I因子滅活C3b的速度,更能競爭性地抑制B因子與C3b的結合,還能使C3b從C3bBb中致換出來,從而加速C3bBb的滅活。由此可見,I因子和H因子在旁路途徑中,確實起到重要的調節作用。

S蛋白:S蛋白(Sprotein)能干擾C5b67與細胞膜的結合。C5b67雖能與C8、C9結合,但它若不結合到細胞膜(包括靶細胞的鄰近的其他細胞)上,就不會使細胞裂解。

C8結合蛋白:C8結合蛋白(C8binding protein,C8bp)又稱為同源性限制因子(homologousrestriction factor,HRF)。C56與C7結合形成C567即可插入細胞膜的磷脂雙層結構之中,但兩者結合之前,可在體液中自由流動。因此,C567結合的細胞膜不限於引起補體激活的異物細胞表面,也有機會結合在自身的細胞上,再與後續成分形成C5~9大分子複合物,會使細胞膜穿孔受損。這樣會使補體激活部位鄰近的自身細胞也被殃及。

C8bp可阻止C5678中的C8與C9的結合,從而避危及自身細胞膜的損傷作用。C8分子與C8bp之間的結合有種屬特異性,即C5678中的C8與同種C8bp反應;但與異性種動物的C8不反應,所以又稱為HRF。據稱C8bp也能抑制NK細胞和Tc細胞的殺傷作用,值得注意。

3 補體系統 -命名

由於補體系統組成和功能的複雜性,其命名較為複雜,一般有以下規律可循:參與補體2經典激活途徑的固有成分,按其被發現的先後分別命名為C1(q、r、s)、C2、……C9;補2體系統的其他成分以英文大寫字母表示,如B 因子、D 因子、P 因子、H 因子、MBL 等;2補體調節蛋白多以其功能命名,如C1 抑制物、C4 結合蛋白、衰變加速因子等;補體活化2后的裂解片段,以該成分的符號後面附加小寫英文字母表示,如C3a、C3b 等;具有酶活性2的成分或複合物,在其符號上劃一橫線表示,如C1、C3bBb;滅活的補體片段,在其符號2前加英文字母i 表示,如iC3b。

4 補體系統 -理化性質

補體系統中各成分的理化性狀,補體成分大多是β球蛋白,少數幾種屬a或γ球蛋白,分子量在25~390KD之間。在血清中的含量以C3為最高,達1300μg/ml,其次為C4、S蛋白和H因子,各約為C3含量的1/3;其他成分的含量僅為C3的1/10或更低。

5 補體系統 -補體受體

補體成分激活后產生的裂解片段,能與免疫細胞表面的特異性受體結合。

補體系統補體系統的激活
這對於補體發揮其生物學活性具有重要意義。

補體受體(complementruceptor,CR)曾按其所結合配體而命名為C3b受體、C3d受體等;但經詳細研究后發現,補體受體並非僅與C3裂解產物反應,因而按其發現先後依次命名為CR1(CD35),CR2(CD21),CR3(CD11b/CD18),CR4(gp150,90:CD11c/CD18)。其主要特徵列於表3-5。此外,尚有其他補體成分的受體,如Ciq受體、C3a受體、C5a受體等。因對其了解不夠清楚,不擬介紹。 

一、CR1(CD35)
CR1作為免疫粘附(immuneadherent,IA)受體而引起免疫粘附現象早已熟知。此受體也稱為C3b受體或C3b/C4b受體。據報道,紅細胞上的CR1數約為50-1400個/細胞,其數目顯著少於B細胞和吞噬細胞,但體內90%的CR1卻存於紅細胞上。

提純的CR1為分子量約200kD的糖蛋白,但後來發現它有4種分子量不同的同種異型。Wong等(1986)已經闡明,分子量的差異是由於基因不同所致。

CR1的免疫功能可能有以下幾方面:①中性粒細胞和單核-巨噬細胞上的CR1,可與結合在細菌或病毒上的C3b結合,促進吞噬細胞的吞噬作用;②促進兩條激活途徑中的C3轉化酶(C42),C3bBb)的激活;③作為I因子的輔助因子,促使C3b和C4b滅活;④紅細胞上的CR1可與被調理(結合有C3b)的細胞、病毒或免疫複合物等結合,以便運送到肝、脾進行處理,SLE病人免疫複合物量明顯增多,其紅細胞膜上的CR1在體內有運送免疫複合物的作用;⑤B淋巴細胞膜上的CR1與CR2協同作用下,可促使B細胞活化。

二、CR2(CD21)
CR2舊稱C3d受體,已經證明,它是B細胞上的EB病毒受體。CR2配體按其親和性的高低程度依次為C3dg、C3d、Ic3b。C3b親和性雖低,但亦可與其反應。

CR2的免疫功能尚未闡明清楚,但實驗表明,當加入CR2配體時可使B細胞活化。據此推想,在抗體的二次應答中它也許會想某種作用,即借結合在抗原複合物上的C3裂解產物,引起針對該抗原的二次抗體應答。

三、CR3(CD11b/CD18)
CR3亦稱為Ic3b受體,CR3的配體是iC3b,但CR1、CR2、也和iC3b反應。CR3與配體結合時尚需有二價離子存在,為其特點。

CR3是由分子量165kD的α鏈(CD11b)和95kD的β鏈(CD18)非共價結合的糖蛋白,識別此分子的單克隆抗體有Mac-1和Mo-1等。CR3與CR4(CD11C/CD18)有共同的β鏈,因此其功能也多有相似之處,白細胞粘附缺陷病(leucocyteadhesion deficiency)病人缺乏這種共同的β鏈。病人的中性粒細胞雖正常,但不能停留在感染的部位,因此病人易反覆遭受感染。這表明CR3和CR4均與吞噬功能密切相關。

四、CR4(gp150/95,CD11c/CD18)
中性粒細胞和單核-巨噬細胞高度表達本受體。其配體為iC3b,但針對其他補體受體的單克隆抗體不能阻斷CR4與iC3b的結合,證明CR4的存在。CR4與gp150/95為同一分子,對其功能尚有諸多不明之處。據認為CR4在排除組織內與iC3b的結合的顆粒上起作用。它和CR3一樣,與配體結合需有二價離子的存在。CR3很可能在機體防禦上有重要作用。

6 補體系統 -生物學活性

補體系統是人和某些動物種屬,在長期的種系進化過程中獲得的
補體系統補體系統的激活
非特異性免疫因素之一,它也在特異性免疫中發揮效應,它的作用是多方面的。補體系統的生物學活性,大多是由補體系統激活時產生的各種活性物質(主要是裂解產物)發揮的。

一、細胞毒及溶菌、殺菌作用
補體能溶解紅細胞、白細胞及血小板等。當補體系統的膜攻擊單位C5-C9均結合到細胞膜上,細胞會出現腫脹和超威結構的改變,細胞膜表面出現許多直徑為8-12mm的圓形損害灶,最終導致細胞溶解。

補體還能溶解或殺傷某些革蘭氏陰性菌,如霍亂弧菌、沙門氏菌及嗜血桿菌等,革蘭氏陽性菌一般不被溶解,這可能與細胞壁的結構特殊或細胞表面缺乏補體作用的底物有關。

二、調理作用
補體裂解產物C3b與細菌或其他顆粒結合,可促進吞噬細胞的吞噬,稱為補體的調理作用。C3裂解產生出的C3b分子,一端能與靶細胞(或免疫複合物)結合;其另一端能與細胞表面有C3b受體的細胞(單核細胞、巨噬細胞、中性粒細胞等)結合,在靶細胞與吞噬表面之間起到橋染作用,從而促進了吞噬。LgG類抗體藉助於吞噬細胞表面的lgG-Fe受體也能起到調理作用;為區別於補體的調理作用而稱其為免疫(抗體)的調理作用。LgM類抗體本身起調理作用,但在補體參與下才能間接起到調理作用。

三、免疫粘附作用
免疫複合物激活補體之後,可通過C3b而粘附到表面有C3b受體的紅細胞、血小板或某些淋巴細胞上,形成較大的聚合物,可能有助於被吞噬清除。

四、中和及溶解病毒作用
在病毒與相應抗體形成的複合物中加入補體,則明顯增強抗體對病毒的中和作用,阻止病毒對宿主細胞的吸附和穿入。

不依賴特異性抗體,只有補體即可溶解病毒的現象。例如RNA腫瘤病毒及C型RNA病毒均可被靈長類動物的補體所溶解。據認為這是由於此類病毒包膜上的Cl受體結合Clq之後所造成的。

五、炎症介質作用
炎症也是免疫防禦反應的一種表現。感染局部發生炎症時,補體裂解產物可使毛細血管通透性增強,吸引白細胞到炎症局部。

(一)激肽樣作用

C2a能增加血管通透性,引起炎症性充血,具有激肽樣作用,故稱其為補體激肽。前述Ci INH先天性缺陷引起的遺傳性血管神經水腫即因血中C2a水平增高所致。

(二)過敏毒素作用

C3a、C5a均有過敏毒素作用,可使肥大細胞或嗜鹼性粒細胞釋放組胺,引起血管擴張,增加毛細血管通透性以及使平滑肌收縮等。

C3a、C5a的過敏毒素活性,可被血清中的羧肽酶B(過敏毒素滅活因子)所滅活。

(三)趨化作用

C5a有趨化作用,故又稱為趨化因子,能吸引具有C5a受體的吞噬細胞遊走到補體被激活(即趨化因子濃度最高)的部

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